Existem muitos métodos diferentes para analisar a composição e estudar as propriedades de vários compostos e misturas de substâncias. Um desses métodos é a cromatografia. A autoria na invenção e aplicação do método é do botânico russo M. S. Tsvet, que no início do século XX realizou a separação de pigmentos vegetais.
Definição e fundamentos do método
Cromatografia é um método físico-químico de separação de misturas e determinação de seus componentes, baseado na distribuição entre as fases móvel e estacionária das substâncias que compõem a mistura (amostra). A fase estacionária é uma substância sólida porosa - um sorvente. Também pode ser um filme líquido depositado sobre uma superfície sólida. A fase móvel - o eluente - deve se mover ao longo da fase estacionária ou fluir através dela, sendo filtrada pelo sorvente.
A essência da cromatografia é que os diferentes componentes de uma mistura são necessariamente caracterizados por propriedades diferentes, como peso molecular, solubilidade, adsorvibilidade e assim por diante. Portanto, a taxa de interação dos componentes da fase móvel - sorbatos - com o estacionárioNão é a mesma coisa. Isso leva a uma diferença nas velocidades das moléculas da mistura em relação à fase estacionária, como resultado da separação e concentração dos componentes em diferentes zonas do sorvente. Alguns deles deixam o sorvente junto com a fase móvel - estes são os chamados componentes não retidos.
Uma vantagem especial da cromatografia é que ela permite separar rapidamente misturas complexas de substâncias, incluindo aquelas com propriedades semelhantes.
Métodos para classificação de tipos de cromatografia
Os métodos utilizados na análise podem ser classificados de acordo com vários critérios. O conjunto principal de tais critérios é o seguinte:
- estado agregado das fases estacionárias e móveis;
- natureza física e química da interação do sorvente e sorbatos;
- como introduzir eluente e movê-lo;
- método de colocação da fase estacionária, ou seja, técnica de cromatografia;
- alvos cromatográficos.
Além disso, os métodos podem ser baseados na natureza diferente do processo de sorção, nas condições técnicas da separação cromatográfica (por exemplo, baixa ou alta pressão).
Vamos dar uma olhada nos critérios principais acima e os tipos de cromatografia mais usados associados a eles.
Eluente e estado sorvente de agregação
Nessa base, a cromatografia é dividida em líquida e gasosa. Os nomes dos métodos refletem o estado da fase móvel.
A cromatografia líquida é uma técnica utilizadanos processos de separação de misturas de compostos macromoleculares, incluindo os biologicamente importantes. Dependendo do estado de agregação do sorvente, ele é dividido em fase líquido-líquido e líquido-sólido.
A cromatografia gasosa é dos seguintes tipos:
- Adsorção gasosa (gas-solid-phase), que utiliza um sorvente sólido, como carvão, sílica gel, zeólitas ou polímeros porosos. Um gás inerte (argônio, hélio), nitrogênio, dióxido de carbono atua como eluente - um transportador da mistura a ser separada. A separação dos componentes voláteis da mistura é realizada devido ao diferente grau de sua adsorção.
- Gás-líquido. A fase estacionária neste caso consiste em um filme líquido depositado sobre uma base sólida inerte. Os componentes da amostra são separados de acordo com sua adsorção ou solubilidade.
A cromatografia gasosa é amplamente utilizada para análise de misturas de compostos orgânicos (usando seus produtos de decomposição ou derivados na forma gasosa).
Interação entre sorvente e sorbatos
De acordo com este critério, tais tipos são distinguidos como:
- Cromatografia de adsorção, através da qual as misturas são separadas devido a diferenças no grau de adsorção das substâncias por um sorvente imóvel.
- Distribuição. Com sua ajuda, a separação é realizada com base na solubilidade diferente dos componentes da mistura. A dissolução ocorre nas fases móvel e estacionária (em cromatografia líquida), ou apenas na fase estacionária (em gás-líquido).cromatografia).
- Sedimentar. Este método de cromatografia baseia-se na diferente solubilidade dos precipitados formados das substâncias a serem separadas.
- Exclusão, ou cromatografia em gel. Baseia-se na diferença no tamanho das moléculas, devido à qual sua capacidade de penetrar nos poros do sorvente, a chamada matriz de gel, varia.
- Afim. Este método específico, que se baseia em um tipo especial de interação bioquímica de impurezas separadas com um ligante que forma um composto complexo com um carreador inerte na fase estacionária. Este método é eficaz na separação de misturas de proteínas-enzimas e é comum em bioquímica.
- Troca de íons. Como fator de separação de amostras, este método utiliza a diferença na capacidade dos componentes da mistura de trocarem com a fase estacionária (trocador de íons). Durante o processo, os íons da fase estacionária são substituídos por íons de substâncias na composição do eluente, enquanto devido à afinidade diferente deste último para o trocador de íons, surge uma diferença na velocidade de seu movimento e, assim, a mistura é separada. Para a fase estacionária, as resinas de troca iônica são mais usadas - polímeros sintéticos especiais.
A cromatografia de troca iônica tem duas opções - aniônica (retém íons negativos) e catiônica (retém íons positivos, respectivamente). Este método é amplamente utilizado: na separação de eletrólitos, elementos de terras raras e transurânio, na purificação de água, na análise de drogas.
A diferença nos métodos de técnica
Existem duas maneiras principais pelas quais a amostra se move em relação à fase estacionária:
- A cromatografia em coluna realiza o processo de separação em um dispositivo especial - uma coluna cromatográfica - um tubo, na cavidade interna do qual é colocado um sorvente imóvel. De acordo com o método de enchimento, as colunas são divididas em dois tipos: empacotadas (as chamadas "embaladas") e capilares, nas quais uma camada de um sorvente sólido ou um filme líquido da fase estacionária é aplicada na superfície do a parede interna. As colunas empacotadas podem ter diferentes formas: retas, em forma de U, em espiral. As colunas capilares são helicoidais.
- Cromatografia planar (planar). Neste caso, papel especial ou uma placa (metal, vidro ou plástico) pode ser utilizada como suporte para a fase estacionária, sobre a qual é depositada uma fina camada de sorvente. Neste caso, o método de cromatografia é referido como cromatografia em papel ou em camada fina, respectivamente.
Ao contrário do método da coluna, onde as colunas cromatográficas são usadas repetidamente, na cromatografia planar, qualquer carreador com camada sorvente pode ser usado apenas uma vez. O processo de separação ocorre quando um prato ou folha de papel é imerso em um recipiente com eluente.
Introdução e transferência do eluente
Este fator determina a natureza do movimento das zonas cromatográficas ao longo da camada sorvente, que são formadas durante a separação da mistura. Existem os seguintes métodos de entrega de eluentes:
- Frente. Este método é o mais simplestécnica de execução. A fase móvel é diretamente a própria amostra, que é continuamente alimentada na coluna preenchida com o sorvente. Neste caso, o componente menos retido, adsorvido pior que os outros, move-se ao longo do sorvente mais rápido que os demais. Como resultado, apenas este primeiro componente pode ser isolado na forma pura, seguido por zonas contendo misturas de componentes. A distribuição de amostra tem esta aparência: A; A+B; A+B+C e assim por diante. A cromatografia frontal, portanto, não é útil para separar misturas, mas é eficaz em vários processos de purificação, desde que a substância a ser isolada tenha baixa retenção.
- O método de deslocamento difere porque, após entrar na mistura a ser separada, um eluente com um deslocador especial é alimentado na coluna - uma substância caracterizada por uma maior capacidade de absorção do que qualquer um dos componentes da mistura. Ele desloca o componente mais retido, que desloca o próximo e assim por diante. A amostra se move ao longo da coluna na velocidade do deslocador e forma zonas adjacentes de concentração. Com este tipo de cromatografia, cada componente pode ser obtido individualmente na forma líquida na saída da coluna.
- O método do eluente (revelação) é o mais comum. Em contraste com o método de deslocamento, o eluente (transportador) neste caso tem uma capacidade de absorção menor do que os componentes da amostra. É continuamente passado através da camada sorvente, lavando-a. Periodicamente, em porções (pulsos), a mistura a ser separada é introduzida no fluxo do eluente, após o que o eluente puro é alimentado novamente. Ao lavar (eluição), os componentes são separados,além disso, suas zonas de concentração são separadas por zonas eluentes.
A cromatografia de eluentes permite separar quase completamente a mistura de substâncias analisadas, podendo a mistura ser multicomponente. Além disso, as vantagens deste método são o isolamento dos componentes entre si e a simplicidade da análise quantitativa da mistura. As desvantagens incluem um alto consumo de eluente e uma baixa concentração de componentes da amostra após a separação na saída da coluna. O método do eluente é amplamente utilizado em cromatografia gasosa e líquida.
Processos cromatográficos dependendo da finalidade
A diferença de objetivos cromatográficos permite distinguir métodos como analítico, preparativo e industrial.
Por meio de cromatografia analítica, são realizadas análises qualitativas e quantitativas de misturas. Ao analisar os componentes da amostra, ao sair da coluna do cromatógrafo, eles vão para o detector - aparelho sensível a mudanças na concentração de uma substância no eluente. O tempo decorrido desde o momento em que a amostra é introduzida na coluna até o pico máximo de concentração da substância no detector é chamado de tempo de retenção. Desde que a temperatura da coluna e a taxa de eluente sejam constantes, este valor é constante para cada substância e serve de base para uma análise qualitativa da mistura. A análise quantitativa é realizada medindo a área dos picos individuais no cromatograma. Como regra, o método do eluente é usado em cromatografia analítica.
A cromatografia preparativa visa isolar substâncias puras de uma mistura. As colunas preparativas têm um tamanho muito maiordiâmetro do que analítico.
A cromatografia industrial é utilizada, primeiramente, para obter grandes quantidades de substâncias puras necessárias a uma determinada produção. Em segundo lugar, é uma parte importante dos sistemas modernos de controle e regulação de processos tecnológicos.
O cromatógrafo industrial possui escala de concentração de um ou outro componente e é equipado com sensor, além de sistemas de controle e registro. As amostras são entregues a esses cromatógrafos automaticamente com uma certa frequência.
Equipamento de Cromatografia Multifuncional
Os cromatógrafos modernos são dispositivos complexos de alta tecnologia capazes de serem usados em uma variedade de campos e para diversos fins. Esses dispositivos possibilitam a análise de misturas multicomponentes complexas. Eles são equipados com uma ampla gama de detectores: condutometria térmica, óptica, ionização, espectrometria de massa e assim por diante.
Além disso, a cromatografia moderna utiliza sistemas de controle automático para análise e processamento de cromatogramas. O controle pode ser realizado a partir de um computador ou diretamente do dispositivo.
Um exemplo de tal dispositivo é o cromatógrafo a gás multifuncional "Crystal 5000". Possui um conjunto de quatro detectores substituíveis, um termostato de coluna, sistemas eletrônicos de controle de pressão e fluxo e controles de válvulas de gás. Para resolver vários problemas, o dispositivo tema capacidade de instalar colunas empacotadas e capilares.
O cromatógrafo é controlado usando um teclado completo e display de controle ou (em outra modificação) de um computador pessoal. Este dispositivo de nova geração pode ser efetivamente usado na produção e em vários laboratórios de pesquisa: médico, forense, ambiental.
Cromatografia de alta pressão
A realização de cromatografia em coluna líquida é caracterizada por uma longa duração do processo. Para acelerar o movimento do eluente líquido, é utilizado o fornecimento da fase móvel à coluna sob pressão. Este método moderno e muito promissor é chamado de método de cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC).
O sistema de bombeamento do cromatógrafo líquido HPLC fornece eluente a uma taxa constante. A pressão de entrada desenvolvida pode chegar a 40 MPa. O controle por computador permite alterar a composição da fase móvel de acordo com um determinado programa (este método de eluição é chamado de gradiente).
HPLC pode ser usado vários métodos com base na natureza da interação do sorvente e sorbato: distribuição, adsorção, exclusão de tamanho, cromatografia de troca iônica. O tipo mais comum de HPLC é o método de fase reversa, baseado na interação hidrofóbica de uma fase móvel polar (aquosa) e um sorvente não polar, como o gel de sílica.
O método é amplamente utilizado para separação, análise,controle de qualidade de substâncias não voláteis, termicamente instáveis que não podem ser convertidas em um estado gasoso. São agroquímicos, medicamentos, componentes de alimentos e outras substâncias complexas.
A importância dos estudos de cromatografia
Diferentes tipos de cromatografia são amplamente utilizados em vários campos:
- química inorgânica;
- petroquímica e mineração;
- bioquímica;
- medicina e produtos farmacêuticos;
- indústria de alimentos;
- ecologia;
- criminologia.
Esta lista está incompleta, mas reflete a cobertura de indústrias que não podem prescindir de métodos cromatográficos de análise, separação e purificação de substâncias. Em todas as áreas de aplicação da cromatografia, dos laboratórios científicos à produção industrial, o papel desses métodos é cada vez mais crescente à medida que são introduzidas tecnologias modernas para processamento de informações, gerenciamento e controle de processos complexos.
